复杂地质条件下采煤机的应用研究

牛上锋

（山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司，山西　晋城　048205）

1　煤矿复杂地质条件分析

我国复杂地质条件区域的矿区众多，地质上多属于薄基岩、厚松散覆盖层中浅埋煤层，矿井的开发开采易引起对上覆岩层的移动变形，变形破坏若发生在煤层顶板岩层则易形成台阶下沉、裂缝破坏、切落破坏、一定情况下可能引发溃砂、煤矿突水等地质危害[1]。

当采煤机连续施工中遇到地质条件复杂区域时，若不采取相关安全有效安全管理手段，容易影响采煤工作效率，有的甚至产生安全性事故，导致煤矿企业人员和财产带来双重损失。工程技术人员对于在复杂地质条件区域施工必须时刻小心。

复杂地质条件不同区域归类如下：煤层顶板是复合顶板，这种煤层中有泥岩、页岩夹矸层、泥质；基岩层的厚度小于30m的煤矿区域；掘进性揭露断层区域，煤厚小于3m所在煤层变薄区域，顶板及煤层破碎区域；烧区边界掘进区域，顶底板松软易冒落有关区域；顶板及煤层含水性强的区域，锚索、锚杆孔滴淋水影响到的区域；受到二次采动影响的巷道。

2　复杂地质条件下采煤机问题探索

采煤机技术的较快发展，导致煤矿企业对采煤机生产效率的提出越来越高的要求，大中型采煤机对于煤层开采中应用逐渐增多。在研究采煤机行走原理后，发现大中型采煤机系统中动力沿工作面的牵引行走力，由其行走箱和牵引箱启动产生，动力由牵引电机传递给传动系统中的牵引箱，再传递给花键轴（牵引箱间和行走箱之间），其中动力又到传动系统中行走箱，最后带动行走齿轮产生转动效应，最终带动采煤机行走，最后通过改变牵引电机的转向角度，使采煤机各功能部件协调运作，以此改变能够采煤机行走方向的机理[2]。

复杂地质条件煤层区域，存在影响开采工作的工作面倾向、倾角、走向等难处理情况，对于设计结构为近水平煤层的普通采煤机中行走系统，难适应这类复杂工作面的区域煤层开采任务，常见故障有：行走中轮齿结合面有压溃现象、存在磨损较快较严重；支撑滑靴底面相关部位磨损较快；导向滑靴常有断裂、接触面磨损较严重。

以梅花井煤矿为例，综采设备所采2-2型工作面，煤层厚度平均为3.5m，工作面为4 200m走向长，倾斜均长223m，煤层平均倾角在9°～20°之间。工作面受背斜影响，煤岩层较为平常岩层破碎，裂隙存在发育情况，易造成冒顶、漏顶事故。工作面走向长，走向起伏大，底板顶板属粉砂岩，构成复杂地质条件。梅花井煤矿综采工作面考虑选用交流变频电牵引采煤机MG650/1710-WD割煤和运煤工作系统。工作面设置有顶板131架支架控制，其中过渡架有7架，设置型号为ZYG10000/18/37AD、ZYG10000/19/40BD、ZYG10000/19/40B1D；端头架设置为2 架，为ZYT10000/21/42D型号；基本支架122架[3]。

3　采煤机生产工艺的优化

3.1　采煤机跟机自动化提高采煤效率

调查中发现，在采煤机复杂地质条件下若使用SAC电液控制自动化系统可以提高采煤效率。该系统主要由红外线采煤机位置检测传感器行程传感器、支架控制器、隔离耦合器、数据转换器、角度传感器、网络变换器、压力传感器、等设备组成。支架控制器可以实时采集传感器数据，通过总线汇总到监控中心布置的主控计算机内，不同位置传感器采集不同位置支架的行程、工作阻力等数据信息，其作用是实现液压支架闭环控制量的监测并及时反馈给主机，使采煤机液压支架跟机自动化顺利有序进行。

3.2　采煤机网络化优化采煤工艺

创新引领新发展，市场中新推出的采煤机依据支架控制器检测器获得采煤机相关信号传给集成的网络变化器位置识别，根据综采工作面作业的流程规程，确定采煤机运行到何位置时采煤机支架做出相应动作，被编成程序存入主控计算机中再发散到网络变换器中，主控计算机或网络变化器依据采煤机位置信息自动发出相关命令，指挥该支架控制器来完成规范工作，实现复杂地质条件与跟机自动化对应割煤工艺要求之间配合适应，以此提高生产效率、可以解放劳动力，增加企业利润。

3.3　优化过断层的方式

梅花井煤矿生产中工作面地质复杂，掘进过程导致21条不同岩层发生断层现象，以F11断层落差最大，竟然达到3m。之前调查试验开采中，就存在过全岩段45m难处理情况。为了最快最有效通过该段，企业制定了详细施工流程、相关安全措施，班组教育对施工步骤、具体顺序、应该注意安全事项进行培训。对煤层变薄处采用起底打眼挑顶、爆破并逐步抬高输送机相关安全措施，使其支架顶梁设置能够抬起前头，并抬高输送机高度使其达到要求，使采煤机顺利过渡其复杂地质段。

3.4　防尘水管电缆、拖拉优化采煤系统

在薄煤层复杂地质区域选择工作面时，常受采高限制，电缆、水管槽较小因素影响，若设计方案中采用相关设备随采煤机一同移动的方法，用U形卡固定不移动电缆以及防尘管路在电缆槽外侧，可以解决上述问题，调查中发现防尘管路中若能每隔15m设三通类建材，能便于插接机组设置防尘管，使得采煤机只对20m防尘管以及移动的电缆进行拖拉，以此成功加快采煤机运行速度，提高了工作面采煤产量。

3.5　优化对过断层爆破布置方法

采煤生产中多采用多个循环一次爆破方式，用来处理全岩段断层，一次打眼深度设置为1.4m，以0.3 kg装药量为标准量，炮眼进行五花形式，炮后及时拉超前架支护顶板等安全设施，使正常每班割煤量达到2个循环。为安全保护支架，立柱爆破前将PVC板放置在支架顶梁下进行吊挂，并设置空气卸压孔，来降低爆破冲击能量破坏，防止由于爆破产生飞矸等杂物，对支架立柱击伤影响其使用性能，来保护采煤设备设施。再者，由于PVC防护板质量较轻，人员进行移动吊挂较为方便，可以加快放炮程序，减轻了不良地质构造影响对工作面生产的破坏。

3.6　优化处理采煤机滚筒过煤高度

对MG240/300-WB型采煤机跟踪研究为参考，原过煤高度设计为21 cm，但是实际工作中发现机组所割的煤料不能及时经机身下转而由输送机传输至相关位置，导致浮煤过剩，制约了采煤机移架相关工序，降低采煤机械采出率，制约了生产效率。笔者从实际情况出发提出改造创新的方案，改造的高度对机组滑靴部位进行加高处理，另行制作加高型机组行走轮，以此使过煤高度增加到35 cm以上，达到运转要求并保证了工作面的安全生产[4]。

4　结语

复杂地质条件下煤矿采煤机的快速、安全掘进技术，对保证煤矿井下开采人员安全、工作面能够正常接续运行具有重要意义。在复杂地质条件下针对采煤机的应用和发展现状，对采煤机进行创新和改进是采煤业发展的不竭动力。

[1]马添虎.连续采煤机在复杂地质条件下掘进和支护技术管理[J].科技视界，2014（7）：35.

[2]王晓东.复杂条件下综放工作面快速安装技术[J].煤炭工程，2016（5）：68.

[3]聂伟雄，付龙.复杂地质条件下连续采煤机快速掘进的实践[J].陕西煤炭，2007（4）：145.

[4]樊志超.连续采煤机在富水区下安全掘进技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2015（6）：231.